科学家进行风洞试验揭秘火星沙浪(图)

火星上的沙浪

火星上的沙浪

　　新浪科技讯 北京时间5月1日消息，据美国太空网报道，一项新研究显示，火星风卷起的沙粒抛得更高、更远，大大超过地球风的类似作用。这一发现可以用来解释火星表面的沙丘如何移动，以及又是什么因素导致了席卷这个红色星球的尘暴。

　　在上世纪70年代美国宇航局“水手”号任务拍摄的图片中，科学家得以第一次注意到火星表面的沙丘。迄今为止，科学家已观察到席卷火星的所有规模的尘暴，其中一次大规模尘暴是在2005年上演的——即便使用普通的家用望远镜，也能观察到这个壮观的自然现象。

　　沙丘和尘暴的存在一直让科学家迷惑不已，原因很简单：火星几乎是一个“无气世界”并且风力也小得可怜，似乎不可能塑造沙丘或者上演尘暴。为了帮助解开这个谜团，一支科学家小组于最近进行了风洞试验，模拟在地球和火星条件下被风吹起的沙粒，用于确定沙粒会在这两个大气状况迥然不同的行星上演何种行为。研究结果刊登在4月28日出版的《国家科学院院刊》上。

　　跳跃和碰撞

　　研究小组成员、巴西塞阿腊州联邦大学的埃里克·帕特里解释说，风往往以3种方式吹动沙粒。当沙粒较重时，“它们便不能被风吹离地面，因此仍可以牢牢依附在地面上”，这个过程可以形象地称之为“爬”。相比之下，重量较轻的沙粒则可在空中滞留一段时间，进而上演长距离之旅。帕特里说，第3种方式在程度上位于这两种极端状态之间，所发生的过程被称之为“跳跃”。沙粒被风吹起后会上演一系列的跳跃，最终降落地面。落地之时，它们会与其它沙粒发生碰撞，进而将它们撞向空中。

　　跳跃是撒哈拉以及地球其它沙漠典型沙丘的打造者，在这一过程中，沙粒不断堆积形成沙丘，迎风面的坡度通常较为平缓。对于在火星上发现的沙丘，科学家认为，我们的这个红色邻居可能也发生了同样的过程。帕特里说：“由于观察到沙丘，我们只能得出这样的判断——火星上出现沙粒跳跃。”

　　更高和更远

　　但科学家仍无法确定的是，沙丘是否是火星过去的产物，当时，这颗红色星球的大气密度要高于现在，有能力产生强度超过现在的风。火星当前的大气密度低于地球，风速要达到地球风的10倍才能卷起地面沙粒。帕特里在接受太空网采访时说：“我们知道，火星上的风力很小。这种风力将始终大大低于上演沙粒跳跃所需的最小极限。”

　　在过去几年拍摄的有关同一区域不同时期的火星照片中，科学家注意到同样由跳跃导致的沙丘移动。这些照片显示，跳跃仍在继续，至少在火星表面部分区域是这样的。帕特里以及同事利用风洞模拟，验证火星风能否让沙粒出现跳跃。模拟过程中，他们参考了火星和地球大气之间的差异之处，例如压力和温度等参数。他们的试验和模型显示，风能够“驱逐”地面沙粒。火星的地心引力更小(大约只有地球的三分之一)，相对于地球上的沙粒来说，火星沙粒可以被吹得更高、更远。帕特里说：“沙粒能够在空中停留更长时间，他们受到的引力影响要远远低于地球沙粒，因此不会轻易坠落地面。”

　　帕特里等人的研究获得多方面资助，其中包括巴西国家科技促进委员会(CNPq)、巴西教育体育部高等人才培训基金会(CAPES)、Funda??o Cearense de Amparo àPesquisa(FUNCAP)大众汽车基金会以及马克斯·普朗克奖。

　　沙丘和尘暴

　　虽然帕特里等人的研究证明，如果风力足够强，便可让沙粒跳跃，但火星风极少高出所需的最小下限，沙粒跳跃也因此成为“火星上出现的一种罕见事件”。布法罗州立学院的凯文·威廉斯说，强风被禁闭在火星上的一些特定区域。威廉斯并未参与帕特里等人的新研究，他在接受太空网采访时说：“这些风从极地冰帽向下猛冲，卷起附近区域的沙粒。除此之外，还有另外一种可能性，在地势较低空气密度较小的地区，火星风可能很容易提升移动速度。”他指出，这项新研究让人们“进一步了解火星沙粒跳跃的全过程”。

　　火星一些确定区域的沙丘形状可帮助科学家揭开火星风的神秘面纱，原因很简单：沙丘外形与风向存在密切关系。在地球和火星上的沙丘中，新月形沙丘是一种最为常见的形状，这种外观是由风只朝着一个方向吹导致的。火星沙丘形状与游戏角色吃豆人、马蹄蟹和蚯蚓颇为相似。除了风向外，风速也会影响沙丘外形，相对于弱风来说，强风可塑造更高更窄的沙丘。

　　除了导致沙丘移动外，沙粒跳跃也可能是形成席卷火星的红色尘暴的一个因素。帕特里说，跳跃的沙粒坠落时会“赶”走地面尘埃，但他也指出，还有其它一些因素可能导致尘暴发生，例如温度变化。“尘暴如何形成实际上是一个开放性问题。”(杨孝文）